[發明專利]一種高容量動力型富鎳鋰離子電池正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310658516.0
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103606671A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 唐澤勛;王志興;李旭;袁榮忠;蔣湘康;彭文杰
• 申請（專利權）人: 湖南杉杉新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所 43205
• 代理人: 寧星耀;許伯嚴

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極材料及其制備方法，尤其是涉及一種高容量動力型富鎳鋰離子電池正極材料及其制備方法。

背景技術

進入21世紀，煤炭、石油等傳統能源的日漸衰竭，高效、環保、可再生的二次能源成為人們關注的焦點。作為新能源的代表，鋰離子電池已經廣泛應用于電子產品、便攜式電腦、電動工具、儲能備用電源、交通工具等領域，扮演著舉足輕重的角色，發揮著不可替代的作用。

隨著科技的日新月異，人們對鋰離子電池的要求也越來越高，輕便、高能量密度、安全無毒是未來新能源電池體系發展的主要方向。傳統正極材料鈷酸鋰具有穩定的電性能，但價格較高，其實際可利用容量只有其理論容量（274mAh/g）的一半，約140mAh/g左右；要想獲得更高的容量，則可能會影響循環壽命并存在安全隱患。低成本的尖晶石結構錳酸鋰，雖然具有成本和安全性能方面的優勢，但其高溫循環和存儲時不可逆的錳溶解問題，以及過低的能量密度（振實密度<2.3g/cm³，克容量約100mAh/g左右）成為制約其廣泛應用的難題。而近年來被寄予厚望的磷酸鐵鋰，則因為其材料自身固有的缺陷，如低溫性能不佳、加工性能差、能量密度低等，而日益淡出人們的視線。

鎳系材料因具有較高的能量密度而一直備受期待，一方面，其實際容量較高，可達190-210?mAh/g；另一方面，其對環境的污染遠遠小于LiCoO₂，并且價格和資源方面都比LiCoO₂更具優勢。LiNiO₂具有和LiCoO₂相同的層狀結構，其中，氧原子位于6c位置，為立方密堆積，鎳原子位于3a位置，鋰原子位于3b位置，交替占據八面體位置，在111晶面方向上呈層狀排列（晶胞參數a=?0.2886nm，c=1.4214nm）。氧原子以稍微扭曲的立方結構密堆積排列，鋰原子和鎳原子交替分布在氧層兩側，占據其八面體空隙。晶體中層狀的NiO₂為鋰離子提供了可供遷移的二維隧道。因此，該層狀結構的穩定性決定了LiNiO₂循環性能的好壞。由于通常高溫下合成LiNiO₂材料時，易生成非計量比的Li_1-xNi_1+xO₂，其中會有Ni²⁺離子存在。Ni²⁺離子很容易占據Li⁺所在的位置，而導致所謂的“陽離子混排”現象出現。在充放電過程中，Ni²⁺氧化為Ni³⁺或Ni⁴⁺，會造成化合物層間（[LiO₆]八面體層）結構的局部塌陷，增加放電過程中Li⁺離子嵌入的難度，造成放電容量的下降，循環性能變差。此外，LiNiO₂在高脫鋰狀態下，易生成氧化性很強的Ni⁴⁺，不僅氧化分解電解質，放出熱量和氣體，而且自身不穩定，在一定溫度下容易分解并析出O₂，從而導致電池體系破壞甚至爆炸等安全事故。因而，循環性能和安全性能方面的劣勢極大的限制著LiNiO₂的廣泛應用。